CE H2020 | GeoSmart: Il sistema Spike per la riduzione della silice nei fluidi geotermici
GeoSmart è un progetto europeo dedicato ad aumentare la flessibilità e l’efficienza degli impianti geotermici attraverso sistemi innovativi di accumulo termico, gestione dei cicli ORC e tecnologie per la mitigazione del fouling. All’interno di questo contesto, Spike ha sviluppato e realizzato un sistema avanzato per la riduzione della silice nella salamoia geotermica, una delle principali limitazioni operative per gli impianti ad alta entalpia.
Perché la silice è un problema nei processi geotermici
La salamoia geotermica contiene elevate concentrazioni di silice disciolta, stabile in condizioni di alta temperatura e pressione nel serbatoio. Quando il fluido viene raffreddato per estrarre più calore, entra in condizioni di sovrasaturazione e la silice tende a precipitare sotto forma di polimeri o deposito amorfo. Questo fenomeno causa incrostazioni nei pozzi di reiniezione, riduzione della portata, danneggiamento delle tubazioni e perdita di efficienza negli scambiatori. La necessità di reiniettare il fluido a temperature elevate (100–150 °C) rappresenta uno dei vincoli più penalizzanti per l’efficienza degli impianti.
La soluzione Spike: un sistema completo per controllare e ridurre la silice
Spike ha sviluppato un sistema di trattamento innovativo basato su tre elementi principali: un condotto di induzione, un reattore di scaling e un serbatoio di ritenzione. Questo sistema consente di sfruttare il tempo di induzione della silice – ovvero il ritardo naturale tra il momento in cui la soluzione diventa sovrasatura e l’inizio della precipitazione – per controllare e guidare la formazione dei polimeri fuori dalle linee critiche. Il sistema è progettato per abbassare la temperatura della salamoia fino a 50 °C mantenendo il controllo sulla formazione della silice e prevenendo depositi nelle tubazioni e nei pozzi di reiniezione.
Dal modello alla progettazione: gestione chimica e fluidodinamica del processo
L’approccio di Spike integra modellazione chimica e progettazione impiantistica. Sono stati analizzati gli effetti congiunti di pH, supersaturazione, velocità del flusso e salinità per massimizzare la polimerizzazione della silice in condizioni controllate. Il reattore di scaling è stato progettato per favorire il contatto tra le particelle e le superfici, mentre il serbatoio di ritenzione mantiene un moto laminare per ridurre il rischio di deposito e privilegiare la crescita dei polimeri in sospensione. I risultati delle prove indicano che, nelle condizioni operative di Kizildere (brina a 451 ppm di silice a 104 °C), il sistema consente di ridurre la concentrazione di silice fino alla soglia di solubilità a 50 °C, con un’efficienza stimata pari al 69%.
Materiali avanzati e rivestimenti anti-scaling
Spike ha inoltre contribuito alla selezione e allo sviluppo dei materiali per minimizzare il fouling sulle superfici del sistema. L’uso di substrati in acciaio al carbonio con rivestimenti dedicati, tra cui fluoropolimeri, epossidici e sol-gel amorfi, è stato validato durante il progetto per ridurre l’adesione delle particelle di silice e garantire una maggiore durata delle apparecchiature. Questi rivestimenti, testati in ambiente geotermico simulato, hanno mostrato un comportamento anti-scaling significativamente superiore rispetto ai materiali tradizionali.
Dal prototipo all’impianto: verso la dimostrazione industriale
Il sistema Spike è stato installato e testato presso il sito geotermico Kizildere II in Turchia, partner GeoSmart. L’installazione prevede un reattore da 13 m³ e un serbatoio di ritenzione da 7 m³, capaci di trattare un flusso iniziale di 5 t/h con tempi di ritenzione calibrati sulle cinetiche di polimerizzazione misurate in laboratorio. I test su scala reale hanno consentito di verificare l’efficacia del sistema e di ottimizzare parametri operativi quali pH, dosaggio di inibitori, portata e temperature di esercizio.
Più energia dal fluido geotermico: un vantaggio tecnico ed economico
Ridurre la silice non significa solo prevenire incrostazioni: la possibilità di abbassare la temperatura di reiniezione a 50 °C permette di estrarre molta più energia utile dal fluido. Il superamento del vincolo imposto dalla silice raddoppia il calore recuperabile con impatti diretti sulla produzione di energia termica e sulla possibilità di installare cicli ORC a bassa temperatura.
Spike e GeoSmart: un contributo decisivo per l’efficienza geotermica
Il sistema di riduzione della silice progettato da Spike rappresenta uno dei pilastri tecnologici del progetto GeoSmart, la cui ambizione è permettere agli impianti geotermici europei di operare in modo più flessibile, efficiente e integrabile con le reti energetiche del futuro. L’integrazione tra modellazione chimica, progettazione impiantistica e uso di materiali avanzati evidenzia la capacità di Spike di sviluppare soluzioni su misura per contesti geotermici complessi, contribuendo concretamente all’innovazione del settore.
100RES2020 – Applied Energy Simposium (ICAE): Design of a scaling reduction system for geothermal applications
100% RENEWABLES: Strategies, technologies and challenges for a fossil free future, Pisa, Italy, October 25th-30th 2020